The works of this thesis is relevant to an expected galactic y-ray emitted following a 13+-decay of 22Na and the Ne-E problem in. meteorites. We studied the resonant alpha scattering on 21Na and 21Na(a,p)24Mg reaction in inverse kinematics with a thick target method. The experiment was performed using the CNS Radio Isotope Beam separator (CRIB)

The obtained excitation function of the alpha scattering cross section shows that five distinct resonances were observed. They were analyzed by a multichannel R--matrix method including a proton channel to extract resonant parameters, such as resonance energies, partial widths, spins and parities of the resonances. These parameters are important to calculate a reaction rate of the 21Na(a,p)24, mreaction. The result indicates that alpha cluster structure just above the alpha threshold strongly enhances the (cc,p) reaction cross sections.

The total cross sections of the 21Na(a,p)24- reaction were directly measured in inverse kinematics. Due to limitation of the reaction kinematics and the experimental setup, the individual transitions of protons to the ground or excited states of _the-residual nucleus, 24Mg, were not obtained,- however, the total reaction cross sections were successfully deduced and used to calculate the stellar reaction rate of the 21Na(a,p)24-mreaction. Although we don't know the contribution of the individual resonances to the reaction rate is more realistic, since all transitions to ground state and excited states in the residual nucleus contribute to the 24Mg production.

Finally, we have calculated the rate of the 21Na(a,p)24NI it reaction and made a comparison with other branching reaction on 21Na, 21 Na(13,7) 22mg, and the r-decay to see at which condition of temperature anddensity itaffects a production of 22Na. In conclusion, the 21Na(a,p)2 4Mg is dominant at a temperature above 1.3 GK; the high-temperature rp-process like in the X-ray burst and the type-II Supernovae could bypass the 22Na production.

本論文は5章からなる。第1章は、イントロダクションであり、本研究の動機や目的が述べられている。本研究の目的は、宇宙における元素生成に関する実験的知見を与えることで、特に、22Naの生成に関わる基礎的な反応過程である21Na(a,p)24Mg反応の起こる確率を実験的に測定することを目的としている。22Naは宇宙における元素合成プロセスにより一定量が生成されると期待されているが、この22Naの原子核γ崩壊によるγ線が観測されていないことが、元素合成プロセスの解明にあたって大きな謎となっている。本研究が研究対象としている21Na(a,p)24Mg反応は、特に高温となる環境において22Naの生成量を減少させる反応として寄与し、その反応確率の定量的な研究は元素合成における基礎的なデータとして非常に重要なものである。これまでの研究では、逆反応を用いた測定を基とした推定と統計的な手法を基にした推計が行われているのみで直接的な実験データは存在していなかった。本研究は、そこに初めての直接的な実験的知見を与えるもので、大変意義のある研究である。

第2章は、実験手法と実験内容に関して記述してある。本研究の特徴は、α粒子(He原子)を標的として用い、21Naの不安定核ビームを理研RIBF施設に設置されている東大CNSのCRIB装置を用いて生成し、従来に無い逆運動学と厚い標的法を用いた実験を遂行したところにある、これにより従来、直接測定の難しかった21Na(a,p)24Mg反応の測定に成功している。また、逆運動学と厚い標的法を用いた場合に発生する反応地点によるビームエネルギーの変化という問題に対して、検出器側に位置測定精度とエネルギー測定精度に優れるシリコン検出器を用いることで解決している。

第3章は、実験によって得られたデータの解析内容を述べている。本研究においては、散乱されたα粒子と反応による陽子の測定が可能であり、それらの粒子の識別も明確に行われていることが示されている。α粒子の測定においては、21Na(a,p)24Mg反応における生成可能な25Alの共鳴状態を測定することが可能であり、α粒子散乱のエネルギー・角度依存性の測定により5つの共鳴状態が存在することを発見した。次に、陽子の測定においては、21Na(a,p)24Mg反応の反応確率を直接的に測定することが可能である。これによりある角度範囲における反応確率を世界で初めて測定することに成功した。また、大きな不定性を伴うが、全角度での反応確率を推定することに成功した。このデータ解析の中で、終状態が24Mgの基底状態へと遷移する過程のみを取りだした解析を行い、従来の逆反応での推定と一致することを示した。

第4章は、実験によって得られた結果を元素合成へ適用し評価した結果を述べている。まず、α散乱の結果よって得られた共鳴状態の解析を行い、R-Matrix法を用いて21Na(a,p)24Mg反応の全反応確率を推定している。これにより、従来の逆反応実験からの推定は十分でないことを示している。さらに、陽子直接測定の結果を用いて、同様の推定を行い大きな誤差の範囲ではあるが、比較的大きな全反応確率が存在することを示している。さらに、それらの結果からモデル計算を行い、X線 burstの環境では、低温で主要な反応となる21Na(b+)や21Na(p,g) 反応と比較して、21Na(a,p)24Mgが主要な反応となる可能性が示された。これらは、既存の研究には存在しない新たな知見である。

第5章は、論文全体のまとめであり、本研究の動機・目的・実験手法・結果などについてのまとめが述べられている。

また、本論文の題目は、申請時には、Direct Measurement of the 21 Na(α ,p) 24 Mg Stellar Reaction Using a 21 Na RI-Beamとの題名であったが、上記のように本研究には陽子による直接測定と散乱α粒子による共鳴状態測定の両方の結果が述べられており、審査委員会の判断で題名をStudy of the 21Na(α,p)24Mg Stellar Reaction by α-scattering and (α,p) Measurements in Inverse Kinematicsと変更した。

なお、本論文第2章・第3章は、久保野 茂・山口 英斉・岩佐 直仁・寺西 高・加藤 静吾・KAHL David Miles・橋本 尚志・早川 勢也・Le Hong Khien・若林 泰生・Nguyen Tran Thoとの共同研究であるが、論文提出者が主体となって実験・解析を行ったもので、論文提出者の寄与が十分であると判断する。

したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。